本發(fā)明屬于生物傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及聚多巴胺修飾n型半導(dǎo)體材料在構(gòu)建光電免疫傳感器中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

光電免疫傳感是一種利用光電流來(lái)檢測(cè)生物分子的方法，其基本原理是發(fā)生在光電極表面的抗原-抗體結(jié)合反應(yīng)阻礙光電流的產(chǎn)生，通過(guò)檢測(cè)抗原抗體反應(yīng)前后同一光電極上的電流響應(yīng)，就能對(duì)抗原進(jìn)行直接定量檢測(cè)，且無(wú)需任何標(biāo)記抗體。一般而言光電極上除了需要集成光電轉(zhuǎn)化所需的半導(dǎo)體-敏化染料等外，還需要提供溫和友好的界面用于探針抗體的固定，所以構(gòu)建步驟繁瑣，且器件的穩(wěn)定性和可重復(fù)性欠佳，因此，急需一種制備簡(jiǎn)單，性能可靠的光電免疫傳感。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種聚多巴胺修飾n型半導(dǎo)體材料在構(gòu)建光電免疫傳感器中的應(yīng)用。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

1、聚多巴胺修飾n型半導(dǎo)體材料在構(gòu)建光電免疫傳感器中的應(yīng)用。

進(jìn)一步，所述光電免疫傳感器的制作方法為：

(1)在FTO玻璃片上生長(zhǎng)n型半導(dǎo)體材料：首先，將清洗后的FTO玻璃片導(dǎo)電面朝下斜靠于裝有生長(zhǎng)液的燒杯壁上，然后，將所述燒杯放入65-95℃水浴鍋中0.5-4h，最后，取出所述玻璃片沖洗后吹干，制得n型半導(dǎo)體材料/FTO電極；

(2)在n型半導(dǎo)體材料/FTO電極上生長(zhǎng)聚多巴胺薄膜：將步驟(1)中制得n型半導(dǎo)體材料/FTO電極浸沒在多巴胺溶液中2-24h，取出所述n型半導(dǎo)體材料/FTO電極沖洗后吹干，制得PDA/n型半導(dǎo)體材料/FTO電極；

(3)在PDA/n型半導(dǎo)體材料/FTO電極上固定抗體分子：將步驟(2)中制得的PDA/n型半導(dǎo)體材料/FTO電極浸沒在抗體溶液中0.5-24h，取出所述PDA/n型半導(dǎo)體材料/FTO電極沖洗后再將其浸沒在牛血清蛋白溶液中0.25-24h，取出所述PDA/n型半導(dǎo)體材料/FTO電極沖洗后制得光電免疫傳感器。

進(jìn)一步，步驟(1)中，所述n型半導(dǎo)體材料為氧化鋅納米棒或二氧化鈦納米線中的一種。

進(jìn)一步，所述光電免疫傳感器的制作方法為：

(1)在FTO玻璃片上生長(zhǎng)氧化鋅納米棒：首先，將清洗后的FTO玻璃片導(dǎo)電面朝下斜靠于裝有生長(zhǎng)液的燒杯壁上，然后，將所述燒杯放入75℃水浴鍋中2h，最后，取出所述玻璃片沖洗后吹干，制得ZnO/FTO電極；

(2)在ZnO/FTO電極上生長(zhǎng)聚多巴胺薄膜：將步驟(1)中制得ZnO/FTO電極浸沒在多巴胺溶液中3h，取出所述ZnO/FTO電極沖洗后吹干，制得PDA/ZnO/FTO電極；

(3)在PDA/ZnO/FTO電極上固定抗體分子：將步驟(2)中制得的PDA/ZnO/FTO電極浸沒在抗體溶液中1h，取出所述PDA/ZnO/FTO電極沖洗后再將其浸沒在牛血清蛋白溶液中15min，取出所述PDA/ZnO/FTO電極沖洗后制得光電免疫傳感器。

進(jìn)一步，步驟(1)中，所述生長(zhǎng)液的配制方法為將2.97g六水合硝酸鋅、3mL氨水、1mL乙二胺依次加入100mL水中。

進(jìn)一步，步驟(1)中，所述清洗為依次經(jīng)過(guò)丙酮、無(wú)水乙醇、水超聲處理，所述超聲處理為每種清洗液中超聲清洗三次，每次5min。

進(jìn)一步，步驟(1)和步驟(2)中，所述沖洗為經(jīng)水沖洗。

進(jìn)一步，步驟(2)中，所述多巴胺溶液的濃度為2mg/mL，配制方法為將巴胺溶于pH＝8.5的三羥甲基氨基甲烷-鹽酸緩沖溶液中。

進(jìn)一步，步驟(3)中，所述沖洗為經(jīng)過(guò)TBS洗液、水依次沖洗；所述TBS洗液的配置方法為將6g三羥甲基氨基甲烷-鹽酸鹽、8g氯化鈉、0.2g氯化鉀溶于1L水中，調(diào)pH至8后再加入500μL吐溫20。

進(jìn)一步，步驟(3)中，所述牛血清蛋白溶液的濃度為2mg/mL，配制方法為將牛血清蛋白溶于0.01M的PBS緩沖液中。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供了聚多巴胺修飾n型半導(dǎo)體材料在構(gòu)建光電免疫傳感器中的應(yīng)用，利用聚多巴胺薄膜修飾n型半導(dǎo)體材料來(lái)構(gòu)建光電免疫傳感器，其中，聚多巴胺具有吸收可見光的能力，能夠作為一種有效的光敏劑拆分電荷、轉(zhuǎn)移電子，因此可以增加傳感器的光電流響應(yīng)，同時(shí)，聚多巴胺的分子結(jié)構(gòu)中具有鄰苯二羥基的結(jié)構(gòu)，此功能團(tuán)可以與蛋白質(zhì)中的氨基發(fā)生反應(yīng)從而可以固定生物探針分子而不需要額外的中間介質(zhì)，使得光電免疫傳感器的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，保證了該光電免疫傳感器的穩(wěn)定性以其構(gòu)建的光電免疫傳感器具有較高的靈敏度。將其修飾于半導(dǎo)體氧化鋅納米棒上構(gòu)建的光電免疫傳感器用于人癌胚抗原的檢測(cè)，其最低檢測(cè)線為10pg/mL，在人癌胚抗原濃度為100pg/mL-500ng/mL范圍內(nèi)呈線性分布；將其修飾于半導(dǎo)體氧化鋅納米棒上構(gòu)建的光電免疫傳感器用于小鼠IgG的檢測(cè)，其最低檢測(cè)線為100pg/mL，在小鼠IgG濃度為100pg/mL-5000ng/mL范圍內(nèi)呈線性分布具有很好的特異性和穩(wěn)定性。本發(fā)明中聚多巴胺修飾n型半導(dǎo)體材料在構(gòu)建的光電免疫傳感器適用于所有的蛋白質(zhì)的檢測(cè)，還可以用于其他生物分子如DNA、細(xì)胞等的檢測(cè)。

附圖說(shuō)明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說(shuō)明：

圖1為光電免疫傳感器構(gòu)建的原理示意圖；

圖2為ZnO/FTO電極上氧化鋅納米棒的掃描電鏡圖；

圖3為ZnO/FTO電極上氧化鋅納米棒的X射線衍射圖；

圖4為PDA/ZnO/FTO電極上聚多巴胺-氧化鋅納米棒的掃描電鏡圖和透射電鏡圖；

圖5為PDA/ZnO/FTO電極經(jīng)過(guò)20次暗態(tài)-亮態(tài)循環(huán)后的瞬態(tài)電流響應(yīng)圖；

圖6為PDA/ZnO/FTO電極上聚多巴胺-氧化鋅納米棒電極在抗壞血酸溶液中的電子轉(zhuǎn)移原理圖；

圖7為PDA/ZnO/FTO電極在依次連接不同的蛋白質(zhì)后的瞬態(tài)電流曲線；

圖8為光電免疫傳感器(BSA/鼠抗人癌胚抗原單克隆抗體/PDA/ZnO/FTO電極)與不同濃度的人癌胚抗原反應(yīng)后的光電流響應(yīng)圖；

圖9為光電免疫傳感器(BSA/山羊抗小鼠IgG單克隆抗體/PDA/ZnO/FTO電極)與不同濃度的小鼠IgG反應(yīng)后的光電流響應(yīng)圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

圖1為光電免疫傳感器構(gòu)建的原理示意圖，由圖1可知，該光電免疫傳感器的構(gòu)建過(guò)程如下：在FTO玻璃上生長(zhǎng)n型半導(dǎo)體材料后再生長(zhǎng)一層聚多巴胺薄膜，最后在聚多巴胺上固定抗體探針分子，并利用牛血清蛋白進(jìn)行封閉。在進(jìn)行目標(biāo)蛋白質(zhì)檢測(cè)前后，分別記錄該傳感器的光電流，通過(guò)前后光電流的變化對(duì)目標(biāo)蛋白質(zhì)進(jìn)行定量。

實(shí)施例1

聚多巴胺修飾半導(dǎo)體氧化鋅棒構(gòu)建光電免疫傳感器，具體步驟如下：

(1)在FTO玻璃片上生長(zhǎng)氧化鋅納米棒：首先，將依次經(jīng)丙酮、無(wú)水酒精、二次水超聲清洗后的FTO玻璃片導(dǎo)電面朝下斜靠于裝有生長(zhǎng)液的燒杯壁上，其中，每種清洗液超聲清洗3次，每次5min；然后，將所述燒杯放入75℃水浴鍋中2h；最后，取出所述玻璃片經(jīng)二次水沖洗后氮?dú)獯蹈桑频肸nO/FTO電極，所述生長(zhǎng)液的配制方法為將2.97g六水合硝酸鋅、3mL氨水、1mL乙二胺依次加入100mL二次水中；

(2)在ZnO/FTO電極上生長(zhǎng)聚多巴胺薄膜：將步驟(1)中制得ZnO/FTO電極浸沒在多巴胺溶液中3h，取出所述ZnO/FTO電極經(jīng)二次水沖洗后氮?dú)獯蹈?，制得PDA/ZnO/FTO電極，所述多巴胺溶液的濃度為2mg/mL，配制方法為將巴胺溶于pH＝8.5的三羥甲基氨基甲烷-鹽酸緩沖溶液中；

(3)在PDA/ZnO/FTO電極上固定山羊抗小鼠IgG單克隆抗體：將步驟(2)中制得的PDA/ZnO/FTO電極浸沒在山羊抗小鼠IgG單克隆抗體溶液中1h，取出所述PDA/ZnO/FTO電極依次經(jīng)TBS洗液、二次水沖洗后制得山羊抗小鼠IgG單克隆抗體/PDA/ZnO/FTO電極，再將山羊抗小鼠IgG單克隆抗體/PDA/ZnO/FTO電極浸沒在牛血清蛋白溶液中15min，取出所述山羊抗小鼠IgG單克隆抗體/PDA/ZnO/FTO電極再依次經(jīng)TBS洗液、二次水沖洗后制得光電免疫傳感器(BSA/山羊抗小鼠IgG單克隆抗體/PDA/ZnO/FTO電極)，所述牛血清蛋白溶液的濃度為2mg/mL，配制方法為將牛血清蛋白溶于0.01M的PBS緩沖液中；所述TBS洗液的配置方法為將6g三羥甲基氨基甲烷-鹽酸鹽、8g氯化鈉、0.2g氯化鉀溶于1L二次水中，調(diào)pH至8后再加入500μL吐溫20。

(4)在PDA/ZnO/FTO電極上固定鼠抗人癌胚抗原單克隆抗體：實(shí)驗(yàn)步驟參照實(shí)驗(yàn)(3)，僅將其中山羊抗小鼠IgG單克隆抗體溶液替換為鼠抗人癌胚抗原單克隆抗體溶液，制得光電免疫傳感器(BSA/鼠抗人癌胚抗原單克隆抗體/PDA/ZnO/FTO電極)

圖2為ZnO/FTO電極上氧化鋅納米棒的掃描電鏡圖，由圖中可以看出，氧化鋅納米棒為FTO表面生長(zhǎng)良好，形貌規(guī)整，取向隨機(jī)，密度均勻。

圖3為ZnO/FTO電極上氧化鋅納米棒的X射線衍射圖，由圖中可以看出，該氧化鋅納米棒結(jié)晶程度高，有利于電子的傳輸。

圖4中A、B分別為PDA/ZnO/FTO電極上聚多巴胺-氧化鋅納米棒的掃描電鏡圖和透射電鏡圖，由圖中可以看出，短時(shí)間的聚多巴胺生長(zhǎng)過(guò)程不會(huì)對(duì)氧化鋅納米棒造成腐蝕，并且聚多巴胺能夠在氧化鋅納米棒的表面形成連續(xù)、厚度均勻的一層薄膜

實(shí)施例2

以實(shí)施例1中制得的PDA/ZnO/FTO電極作為工作電極，鉑片和飽和甘汞電極分別為對(duì)電極和參比電極，0.1M PBS中添加1mM抗壞血酸作為電解質(zhì)，外加電壓為0V，氙燈(功率為500W，功率密度為100mW/cm²)為光源，記錄瞬態(tài)電流曲線，所得結(jié)果如圖5所示，由圖5可知，在經(jīng)過(guò)20次暗態(tài)-亮態(tài)循環(huán)后，其光電流的衰減小于5％，表明該電極具有良好的穩(wěn)定性。其中，PDA/ZnO/FTO電極上聚多巴胺-氧化鋅納米棒電極在抗壞血酸溶液中的電子轉(zhuǎn)移原理如圖6所示，由圖6可知，在光照條件下，聚多巴胺中具有的共軛大環(huán)結(jié)構(gòu)有效吸收光子能量，其中的π電子被激發(fā)，并轉(zhuǎn)移到n型半導(dǎo)體氧化鋅上，由此產(chǎn)生外電流。而失去電子的聚多巴胺被氧化，由氫醌轉(zhuǎn)變?yōu)轷浇Y(jié)構(gòu)，后者又被溶液中的抗壞血酸還原再生為氫醌結(jié)構(gòu)，因此可以在外電路得到持續(xù)穩(wěn)定的光電流。

實(shí)施例3

1、以實(shí)施例1中制得的PDA/ZnO/FTO電極作為工作電極，鉑片和飽和甘汞電極分別為對(duì)電極和參比電極，0.1M PBS中添加1mM抗壞血酸作為電解質(zhì)，外加電壓為0V，氙燈(功率為500W，功率密度為100mW/cm²)為光源，記錄瞬態(tài)電流曲線，結(jié)果如圖7(a)；

2、以實(shí)施例1中制得的山羊抗小鼠IgG單克隆抗體/PDA/ZnO/FTO電極作為工作電極，鉑片和飽和甘汞電極分別為對(duì)電極和參比電極，0.1M PBS中添加1mM抗壞血酸作為電解質(zhì)，外加電壓為0V，氙燈(功率為500W，功率密度為100mW/cm²)為光源，記錄瞬態(tài)電流曲線，結(jié)果如圖7(b)；

3、以實(shí)施例1中制得的BSA/山羊抗小鼠IgG單克隆抗體/PDA/ZnO/FTO電極作為工作電極，鉑片和飽和甘汞電極分別為對(duì)電極和參比電極，0.1M PBS中添加1mM抗壞血酸作為電解質(zhì)，外加電壓為0V，氙燈(功率為500W，功率密度為100mW/cm²)為光源，記錄瞬態(tài)電流曲線，結(jié)果如圖7(c)；

4、將實(shí)施例1中制得的BSA/山羊抗小鼠IgG單克隆抗體/PDA/ZnO/FTO電極浸沒在小鼠IgG溶液中1h，取出所述BSA/山羊抗小鼠IgG單克隆抗體/PDA/ZnO/FTO電極依次經(jīng)TBS洗液、二次水沖洗，制得小鼠IgG/BSA/山羊抗小鼠IgG單克隆抗體/PDA/ZnO/FTO電極，以該電極作為工作電極，鉑片和飽和甘汞電極分別為對(duì)電極和參比電極，0.1M PBS中添加1mM抗壞血酸作為電解質(zhì)，外加電壓為0V，氙燈(功率為500W，功率密度為100mW/cm²)為光源，記錄瞬態(tài)電流曲線，結(jié)果如圖7(d)；

由圖7中(a)、(b)、(c)、(d)可知，電極在逐步連接蛋白質(zhì)后，其光電流是逐步下降的，表明PDA/ZnO/FTO電極自身能夠連接蛋白質(zhì)，且蛋白質(zhì)的特異性結(jié)合會(huì)影響光電流的產(chǎn)生，表明其可以作為光電免疫傳感器來(lái)檢測(cè)蛋白質(zhì)。

實(shí)施例4

以實(shí)施例1中制得的BSA/鼠抗人癌胚抗原單克隆抗體/PDA/ZnO/FTO電極作為工作電極，鉑片和飽和甘汞電極分別為對(duì)電極和參比電極，0.1M PBS中添加1mM抗壞血酸作為電解質(zhì)，外加電壓為0V，氙燈(功率為500W，功率密度為100mW/cm²)為光源，記錄瞬態(tài)電流I₀；

再將實(shí)施例1中制得BSA/鼠抗人癌胚抗原單克隆抗體/PDA/ZnO/FTO電極分別浸泡于濃度為0pg/mL、0.01pg/mL、0.1pg/mL、1pg/mL、10pg/mL、100pg/mL、500pg/mL、1000pg/mL、5000pg/m的人癌胚抗原溶液中，反應(yīng)1h后TBS洗液、二次水依次沖洗后再次記錄瞬態(tài)電流I，對(duì)兩次瞬態(tài)電流曲線中的光電流的減少比值即(I₀-I)/I₀進(jìn)行比較分析，結(jié)果如圖8所示，由圖8可知，該光電免疫傳感器對(duì)人癌胚抗原的最低檢測(cè)線為10pg/mL，在抗體濃度為100pg/mL-500ng/mL范圍內(nèi)呈線性分布。

實(shí)施例5

以實(shí)施例1中制得的BSA/山羊抗小鼠IgG單克隆抗體/PDA/ZnO/FTO電極作為工作電極，鉑片和飽和甘汞電極分別為對(duì)電極和參比電極，0.1M PBS中添加1mM抗壞血酸作為電解質(zhì)，外加電壓為0V，氙燈(功率為500W，功率密度為100mW/cm²)為光源，記錄瞬態(tài)電流I₀；

再將實(shí)施例1中制得BSA/山羊抗小鼠IgG單克隆抗體/PDA/ZnO/FTO電極分別浸泡于濃度為0pg/mL、0.01pg/mL、0.1pg/mL、1pg/mL、10pg/mL、100pg/mL、500pg/mL、1000pg/mL、5000pg/m的小鼠IgG溶液中，反應(yīng)1h后TBS洗液、二次水依次沖洗后再次記錄瞬態(tài)電流I，對(duì)兩次瞬態(tài)電流曲線中的光電流的減少比值即(I₀-I)/I₀進(jìn)行比較分析，結(jié)果如圖9所示，由圖9可知，該光電免疫傳感器對(duì)小鼠IgG的最低檢測(cè)線為100pg/mL，在抗體濃度為100pg/mL-5000ng/mL范圍內(nèi)呈線性分布。

本發(fā)明中的光電免疫傳感器不僅可以用于蛋白質(zhì)的檢測(cè)，還可以用于他生物分子如DNA、細(xì)胞等的檢測(cè)。

最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。